Aplicación de obras de defensa blandas para la protección de la costa catalana

TESIS DE MÁSTER Máster INGENIERÍA AMBIENTAL Título APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA Autor JOSE ALDIBER OVALLE COLLAZOS Tutor ESTHER OJEDA GREGORIO Intensificación 711-TFM-360 Fecha Julio, 2012 APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 2 APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 3 AGRADECIMIENTOS Primero que todo a DIOS por permitirme la oportunidad de seguir formándome y desarrollar mis objetivos profesionales. A Esther que fue mi tutora de este trabajo de final de carrera por su colaboración, su confianza, dedicación y motivación que me brindó durante todo el desarrollo de esta actividad. A mi familia a quienes amo, por todo su apoyo y comprensión, sin ellos no hubiera sido posible realizar este objetivo de tan importante en mi vida. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 4 ÍNDICE Pag. Resumen………………………………………………………………………………… 9 Abstract…………………………………………………………………………………. 9 1. Introducción………………………………………………………………….. …… 10 2. Objetivos……………………………………………………………………………. 12 2.1. Objetivo general………………………………………………………………… 12 2.2. Objetivos específicos…………………………………………………………… 12 3. Revisión bibliográfica……………………………………………………………….. 13 3.1. Dinámica litoral………………………………………………………………….. 13 3.1.1. El oleaje………………………………………………………………… 13 3.1.2. Propagación del oleaje…………………………………………………. 14 3.1.3. Material sedimentario…………………………………………………. 16 3.1.4. Transporte sólido litoral……………………………………………….. 17 3.1.5. Unidades fisiográficas…………………………………………………. 21 3.1.6. Transporte eólico……………………………………………………… 21 3.2. La costa catalana ………………………………………………………………. 22 3.2.1. Geología y geomorfología ……………………………………………. 23 3.2.2. Dinámica litoral de la costa catalana …………………………………. 27 3.3. Dinámica litoral de la provincia de Barcelona ………………………………… 29 3.4. Tipología general de las obras de defensa costera …………………………….. 33 3.5. Contendedores de arena a base de geotextiles para la protección costera ……. 50 3.5.1. Propiedades requeridas del geotextil …………………………………. 51 3.5.2. Vida útil ………………………………………………………………. 53 3.5.3. Aplicación de los contenedores a base de arena (GSCs) ……………. 54 3.5.4. Aplicación de geotextiles como obras de defensa costera……………. 55 3.6. Impactos que generan las obras de defensa costera …………………………… 60 3.6.1. Estabilidad litoral……………………………………………………… 60 3.6.2. Ecología……………………………………………………………….. 62 3.6.3. Paisaje ………………………………………………………………… 63 3.6.4. Uso litoral…………………………………………………………….. 65 4. Materiales y métodos………………………………………………………………. 66 4.1. Recopilación de información …………………………………………………. 66 5. Resultados ………………………………………………………………………… 68 5.1. Propuesta del proyecto………………………………………………………… 68 5.1.1. Análisis……………………………………………………………… 68 5.1.2. Descripción ……………………………………………………………. 68 5.1.3. Dimensiones…………………………………………………………….. 69 5.1.4. Resultados …………………………………………………………….. 70 5.1.5. Construcción de los contenedores ……………………………………. 71 5.2. Caracterización de la zona de actuación ……………………………………… 72 5.2.1. Marco geográfico…………………………………………………….. 72 5.2.2. Diagnostico de la situación actual ……………………………………. 73 5.2.3. Caracterización de la playa del Prat……………………………………. 75 5.2.4. Aspectos Ambientales…………………………………………………. 81 5.2.5. Análisis de los impactos ambientales potenciales en el medio ………. 84 5.2.6. Medidas correctoras………………………………………………….. 85 6. Conclusiones……………………………………………………………………….. 88 7. Bibliografía………………………………………………………………………… 91 8. Anexos……………………………………………………………………………….. 92 APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 5 LISTA DE TABLAS Tabla 1. Zonificación marina (CERC, 1977) .............................................................................................. 14 Tabla 2. Tramos costeros definidos para la costa de Barcelona (CIIRC, 2007).......................................... 27 Tabla 3. Playas incluidas en cada uno de los sectores de la provincia de Barcelona (CIIRC, 2007) ......... 29 Tabla 4. Características generales de la playa de provincia de Barcelona .......................................... 30 Tabla 5. Variables características medidas en las playas de cada tramo costero de la provincia de Barcelona (CIIRC, 2007) ............................................................................................................................ 31 Tabla 6. . Estadística básica sobre los tramos costeros de la provincia de Barcelona ................................. 32 Tabla 7. Valores medios de las diferentes tasas evolutivas de cada uno de los tramos de la provincia de Barcelona durante el periodo 1995-2004. ................................................................................................... 33 Tabla 8. Propiedades de los geotextiles no tejidos y tejidos (Lawson and Kemplin, 1995). ..................... 52 Tabla 9. Tipos de estructuras aplicadas en la protección de costas utilizando geotextiles (Recio & Oumeraci, 2009) .......................................................................................................................................... 54 Tabla 10. Características técnicas del geotextil utilizado en la construcción del dique arrecife (Heerten, Jackson, Restall &Saathoff, 2000) .............................................................................................................. 58 Tabla 11. Cronograma de recopilación de información para el desarrollo del trabajo final de máster. ...... 66 Tabla 12. Datos para calcular las dimensiones del revestimiento costero (Elaboración propia) ................ 69 Tabla 13. Resultados obtenidos para dimensionar la actuación costera blanda (Elaboración propia) ........ 70 Tabla 14. Características significativas de los geotextiles no tejidos y de los geocompuestos (Recio & Yasuhara, 2005)) ......................................................................................................................................... 71 Tabla 15. Descripción general de la playa del Prat de Llobregat (CIIRC, 2009) ........................................ 76 Tabla 16. Aspectos mofodinámicos de la playa del Prat de Llobregat (CIIRC,2008). ............................... 78 Tabla 17. Aspecto hidrodinámicos de la playa del Prat de Llobregat (CIIRC, 2008) ................................. 80 Tabla 18. Aspectos ambientales del Delta del Llobregat (CIIRC, 2009) .................................................... 81 APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 6 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Zonificación marina (CERC, 1997) ............................................................................................. 14 Figura 2. Diagrama de refracción de oleaje (Lizardo, 2010). ..................................................................... 15 Figura 3. Diagrama de difracción (lizardo, 2010). ...................................................................................... 15 Figura 4. a. Descomposición del oleaje incidente (de La Peña, 2007). ...................................................... 18 Figura 5. Transporte sólido longitudinal (de la Peña, 2007) ....................................................................... 19 Figura 6. Variación de las formas de transporte sólido a lo largo del perfil de la playa (Horikawa, 1988) 19 Figura 7. Formación costera que evidencia la existencia de transporte longitudinal de sedimento (de la Peña, 2007) . ................................................................................................................................................ 21 Figura 8. Mapa geopolítico de Catalunya (CIIRC, 2008) .......................................................................... 22 Figura 9. Mapa de Catalunya con la distribución de los tipos de costas (CIIRC, 2008) ............................. 24 Figura 10. Costa rocosa de Cap de Creus (Litral de Cataluña, 2001) ......................................................... 24 Figura 11. Costa del Garraf (Litoral de Cataluña, 2011) ............................................................................. 25 Figura 12. Playa encajada de Tossa de Mar (CIIRC, 2008) ........................................................................ 25 Figura 13. Playa abierta de Malgrat de Mar (CIIRC, 2008) ........................................................................ 26 Figura 14. Delta del Ebro (universitat Pompeu Fabra) ............................................................................... 26 Figura 15. Tramos definidos para la costa de Barcelona (CIIRRC, 2007) .................................................. 28 Figura 16. Mapa conceptual de las obras de defensa blandas (Elaboración propia). .................................. 35 Figura 17. Tipos de muros de defensa (CERC, 1995) ................................................................................. 36 Figura 18. Tipos de pantallas de defensa (CERC, 1995). ........................................................................... 37 Figura 19. Tipo de revestimientos de defensa de costas (autor, año) .......................................................... 37 Figura 20. Tipo se secciones transversales de espigones ............................................................................ 38 Figura 21. Dique exento (National Shoreline Erosion Control Development and Demonstration Program) ..................................................................................................................................................................... 39 Figura 22. Dique arrecife. ........................................................................................................................... 40 Figura 23. Mapa conceptual de la alimentación artificial de playas (elaboración propia). ................ 42 Figura 24. Sistema de extracción y dragado con una draga (Fuente: construcciones civiles y marítimas, 2002) ........................................................................................................................................................... 43 Figura 25. Mapa conceptual de defensas dunares (Elaboración propia). .................................................... 45 Figura 26. Mapa conceptual de transvase de arenas (Elaboración propia). ................................................ 49 Figura 27. Aplicaciones de los geocontenedores en ingeniería de costas (Lawson, 2006). ........................ 51 Figura 28. Muro hecho a partir de GSCs (vista en planta y perfil) (Oumeraci, 2002). ............................... 55 Figura 29. Diseño del dique arrecife en Narrowneck Reef (Saathoff, 2007) .............................................. 57 Figura 30. Isla de Sylt, aplicación de geobolsas para la protección de la casa Kliffende (Heerten, Jackson & Saathoff, 2000) ........................................................................................................................................ 60 Figura 31. Revestimiento flexible (Saathoff y Zitscher, 2001) ................................................................... 68 Figura 32. Fotografía de la sección de un geocompuesto (Heerten, Jackson, Restall & Saathoff, 2000) ... 71 Figura 33. Operación de solapamiento de geotextiles (Do Carmo, Schreck & Freitas, 2010) .................... 72 Figura 34. Zona donde se propone hacer la actuación costera con geosintéticos ....................................... 73 Figura 35. Esquema del transporte longitudinal neto a lo largo de la costa catalana (Plan de Puertos de Cataluña, 2007-2015) .................................................................................................................................. 74 Figura 36. Representación de tres parámetros: superfície, amplitud, longitud (CIIRC, 2008). .................. 76 APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 7 Figura 37. Perfil transversal de la zona norte de la playa del Prat de Llobregat (CIIRC, 2009) ................. 77 Figura 38. Imagen de la playa de Prat donde se aprecia que es un tipo de playa semiencajada (ICC, 2012). .......................................................................................................................................................... 79 Figura 39. Desplazamiento de la línea de costa desde el año 1960 hasta el 2004 (CIIRC, 2009) .............. 80 Figura 40. Mapa de espacios protegidos en Cataluña (Natura 2000) ................................................... 83 Figura 41. Laguna la Ricarda ubicada en el espacio protegido (Flickr,2008) ............................................ 84 Figura 42. Foto del Chorlitejo patinegro (Natura 2000) ............................................................................. 87 APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 8 RESUMEN La playa del Prat de Llobregat a pesar de que se encuentra ubicada en el delta del Llobregat que es la zona donde se ubican la playa más ancha de litoral catalán, presenta un importante nivel de erosión costera. Adicionalmente esta playa se ubica en un entorno de zonas protegidas por la Unión Europea a través de la Red Natura 2000, debido a su valioso patrimonio natural. Como mecanismo de protección frente al importante problema de erosión costera que se presenta en esta playa, en este trabajo final de carrera se propone la aplicación de una actuación costera blanda utilizando geotextiles. Se propone utilizar la técnica de envoltorios de arena utilizando un geocompuesto, conocida como: “Geotextile Wrap-around Revetmen (GWR). Dicha técnica de ha utilizado para la protección costera en países como Holanda Alemania, Australia, Portugal, etc. con resultados positivos. Adicionalmente se proponen implementar las modificaciones desarrolladas por la universidad de Ibaraki (Japón) para garantizar la estabilidad de la estructura costera. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 9 ABSTRACT The Prat de Llobregat’s beach it is located in the Llobregat Delta. That is the area where you will find the widest beach in the Catalan coast, actually it has a significant level of coastal erosion. Additionally, this beach is located in a protected area by the European Union through the Natura 2000, because of its valuable natural heritage. As a mechanism of protection against coastal erosion important issue presented in this beach, this paper aims to limit the application of soft coastal action using geotextiles. It is proposed to use the technique of Geotextile Wrap-around Revetmen (GWR). This technique has been used for coastal protection in countries like Holland Germany, Australia, Portugal, et. with positive results. Additionally propose to implement the modifications developed by the University of Ibaraki (Japan) to ensure the stability of coastal structures. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 16 Para estudiar el oleaje que incide sobre una zona de costa se tiene que recurrir a modelos que simulen su propagación desde profundidades de altamar, donde se posean datos de oleaje, hasta alcanzar la costa. En los últimos años los avances informáticos han permitido desarrollar modelos matemáticos de simulación sobre la propagación que día a día son mejorados. 3.1.3. Material sedimentario La dinámica litoral es aquella que se genera en la interacción de los agentes climáticos marinos con el borde costero, transformándolo continuamente. Pero este borde costero está formado por material que puede ser roca o material sedimentario procedente de la propia degradación de la roca o proveniente de otros lugares. Para estudiar la dinámica litoral es imprescindible saber de qué material sedimentario se trata; pero las propiedades o características pueden ser muchas. En el Coastal Engineering Manual (CEM, 1998) se distinguen diversas propiedades que son necesarias conocer de los sedimentos costeros según se trate de: a. Dragado: se distinguen cuatro tipos de material a dragar: fluido, suelto, firme y duro. Tres tipos para su bombeo: cohesivos, no cohesivos y mezcla. Para el paso por tuberías es necesario conocer el tamaño del sedimento. Para la eficacia en el dragado: el grado de cohesividad que permita al sedimento no desparramarse tras la formación de la zanja de dragado. b. Cuestiones medioambientales: la propiedad más importante es el tamaño; la turbidez del agua depende de la velocidad de caída del grano, por ello debe limitarse el sedimento fino, limos y arcillas, en los usos costeros. c. Alimentación de playas: la alimentación de playas tiene dos funciones fundamentales: crear áreas de ocio y defender la costa. Para la primera función hace falta material agradable al usuario, dependiendo principalmente del tamaño, forma y color del grano. Para la segunda función el tamaño medio de la arena de préstamo no debe ser mayor que la arena natural. d. Protección contra socavamiento: para prevenir el socavamiento de estructuras de defensa debe ponerse un pie de material o banqueta menos erosionable que el material sobre el que asienta la estructura (banquetas de escollera). e. Estudio de transporte sedimentario: las propiedades del sedimento más usualmente utilizadas para conocer su transporte son: el tamaño, densidad de caída y ángulo de reposo. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 17 Origen, fuentes y suministro El material sedimentario que forma la costa puede tener 4 orígenes distintos:  Terrestre: proveniente de la erosión de la capa terrestre, que es arrastrado por ríos, arroyos, torrentes, etc. que desembocan en el mar distribuyéndolo la corriente litoral.  Marino: su origen es la degradación y erosión del borde costero, especialmente de los acantilados.  Biológicos: generado por la actividad biológica marina, tanto de estructuras coralinas, como de conchas de moluscos.  Humano: la acción humana cuando se deposita material sobre la costa. Las fuentes de sedimentos son los lugares de la costa donde se provee la corriente litoral para trasladar a lo largo de la costa el material. Por la forma de suministrar material la fuente de sedimentos puede ser continua o discontinua. Y por el punto donde se emana puede ser de dos tipos:  Fluvial: ríos, arroyos que vierten su carga directamente al mar y se incorpora seguidamente al transporte sólido litoral. Su origen es terrestre.  Formación costera: como deltas, playas, arrecifes, etc. que pueden tener un origen terrestre, marino, biológico o humano. Los sumideros de sedimentos son el lugar de la costa donde éstos pueden quedar retenidos, no pudiéndose incorporar al transporte sólido litoral. Los sumideros se clasifican en 2 grupos:  Sumideros naturales: Se pueden distinguir dos tipos dependiendo de si es una formación de la costa representado por los entrantes naturales de mar en tierra, tales como bahías, estuarios, rías, entre otros; y si es una formación exterior a la costa, que está formada por accidentes geográficos del fondo marino con fuertes caídas de profundidad como los cañones submarinos.  Sumideros artificiales: debido a obras marítimas que frenan el material sedimentario, reteniéndolo, tales como los espigones, diques de abrigo, etc. 3.1.4. Transporte sólido litoral El oleaje al incidir en la costa moviliza el material que forma la franja litoral y es uno de los responsables de la transformación de la costa. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 18 Cuando el oleaje incide oblicuamente sobre la costa genera dos tipos de corrientes: una longitudinal paralela a la línea de costa y otra transversal perpendicular a la línea de costa (Figura 4a). Al igual que forma corrientes, el oleaje provoca el movimiento de sedimento que forma la costa en las mismas dos direcciones: paralela y perpendicular a la línea de costa. El movimiento del sedimento paralelo a la línea de costa se denomina transporte sólido litoral longitudinal y el movimiento del sedimento perpendicular a la línea de costa se le conoce con el nombre con de transporte sólido litoral transversal (Figura 4b). Figura 4. a. Descomposición del oleaje incidente (de La Peña, 2007). Figura 4b. Tipo de transporte sólido litoral que genera la oblicuidad del oleaje incidente (de La Peña, 2007). El transporte longitudinal solamente cambia de sentido cuando varía la dirección del oleaje respecto a la perpendicular a la costa, mientras que el transporte transversal es oscilante con una misma dirección del oleaje: hacia la costa o hacia el mar. A lo largo del tiempo la dirección de incidencia del oleaje va cambiando, variando el sentido del transporte; pudiendo ir en uno u otro sentido paralelo a la costa (Figura 5). Se conoce como transporte longitudinal bruto (Ql, BRUTO) a la cantidad total de material transportado en ambas direcciones, esto es a la suma en valor absoluto del material transportado en uno y otro sentido. Y se denomina transporte longitudinal neto (Ql, NETO) a la diferencia de material transportado en uno y otro sentido. El primero (Ql, BRUTO) representa la cantidad total de material movido por el mar durante un determinado periodo de tiempo, independientemente de la dirección hacia donde lo haya llevado. Mientras que el segundo (Ql, NETO) representa el balance del material transportado a lo largo de la costa. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 19 Figura 5. Transporte sólido longitudinal (de la Peña, 2007) El oleaje puede transportar el material sedimentario que forma la costa de dos formas diferentes: arrastrándolo sobre el fondo, transporte en arrastre, o levantándolo del suelo y transportándolo suspendido en el agua, transporte en suspensión. Horikawa (1988) distingue una tercera forma de transporte que denomina “Asheet flow” o transporte laminar, que es una forma de transportar intermedia entre el transporte en suspensión y en arrastre: cuando el grano por la acción del oleaje se levanta del suelo moviéndose en suspensión en una lámina estrecha de agua con una alta densidad de material (Figura 6). Figura 6. Variación de las formas de transporte sólido a lo largo del perfil de la playa (Horikawa, 1988) Métodos de obtención del transporte Uno de los datos esenciales a determinar en la mayoría de los problemas que se presentan en ingeniería de costas es el transporte sólido litoral, especialmente el longitudinal. Dependiendo de los datos de que se disponga, existen 4 métodos para el cálculo del transporte:  Campaña de toma de datos APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 20  Evidencias morfológicas de la costa  Calculo teórico  Evolución de la línea de costa Evidencias morfológicas del transporte sólido litoral El primer método para determinar el transporte longitudinal consiste en estudiar las acumulaciones de sedimento que configuran las diversas formas morfológicas de la costa. Los depósitos de sedimentos pueden ser debidos a barreras naturales (ej. cabos) y artificiales (ej. espigones o diques). Cuando los depósitos se originan por la interrupción del transporte longitudinal debido a las barreras transversales a la costa, la formación que se obtiene permite obtener dos tipos de datos complementarios: el volumen de material acumulado (proporciona el transporte longitudinal medio) y la inclinación que se produce de la costa (la componente media del oleaje incidente en la costa) (Figura 7a). Este tipo de barreras transversales a la costa pueden comportarse básicamente de 2 formas: cuando detrás de la barrera no existe acumulación alguna de material, sino que se produce una zona de erosión (Figura 7b); o cuando detrás de la barrera existe una pequeña zona de acumulación seguida de una zona de erosión (Figura 7c). Cuando la barrera que produce la forma es longitudinal a la costa (dique exento, arrecife, etc.) se pueden generar tómbolos o hemitómbolos, normalmente este tipo de formaciones viene acompañada de erosiones a ambos lados de la barrera (Figura 7d). En cuanto al transporte transversal, en dirección a tierra o en dirección hacia el mar, está gobernado por 3 factores:  La asimetría en el perfil de la ola debido al efecto shoaling y la diferencia resultante de la velocidad del agua hacia tierra y hacia el mar.  La forma asimétrica de los riples de arena.  La pendiente local del fondo APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 21 Figura 7. Formación costera que evidencia la existencia de transporte longitudinal de sedimento (de la Peña, 2007) . 3.1.5. Unidades fisiográficas Se denomina unidad fisiográfica independiente a aquella porción o tramo de costa donde discurre continuamente el transporte sólido litoral longitudinal; esto es, el tramo de costa comprendido entre dos barreras totales al paso de sedimentos. Por el contrario, si el tramo de costa en cuestión no es totalmente independiente, pero existe una separación física o geográfica que la haga actuar diferenciadamente del tramo de costa aguas arriba (barlomar) o aguas abajo (sotamar), se le suele denominar unidad fisiográfica. Los accidentes que pueden actuar como barreras totales se pueden clasificar en dos:  Naturales: cabos, acantilados, cañones submarinos, etc.  Artificiales: puertos, espigones, islas, etc. 3.1.6. Transporte eólico Cuando el viento sopla sobre una superficie arenosa de la playa y alcanza una determinada velocidad, el grano de arena queda suspendido en el aire, sometido a la fuerza de gravedad y del viento. Entonces es arrastrado hasta que cae de nuevo al suelo, donde rebota, volviendo a elevarse o ayudando a que otro grano lo haga (saltación). Pero cuando el grano cae y no se levanta y por su propia inercia y por la fuerza que le trasmite el viento, rueda o se arrastra; este movimiento es denominado arrastre. Las formas eólicas más conocidas son las siguientes:  Dunas: son acumulaciones de arena producidas por el viento de dirección constante. Los granos de arena son transportados por el viento desde la playa húmeda y la playa seca hasta APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 22 acumularse en el suelo formando un pequeño montículo. Dos de sus características más acusadas respecto al resto de dunas es que son de desarrollo longitudinal a lo largo de la costa y su forma es casi simétrica.  Riples: sirven para determinar la dirección media del viento.  Acumulaciones de arena en apoyos: en ocasiones la acción del viento hace que la arena se traslade al trasdós de la playa, acumulándose al abrigo de una ladera o cualquier elemento que frene su movimiento. Se utilizan barreras para frenar el movimiento de la arena hacia tierra y formar de este modo dunas artificiales. 3.2. LA COSTA CATALANA La costa catalana se extiende desde el cabo de Portbou (comarca de l’Alt Empordà) hasta el río Sénia (comarca Montsià). Representando una longitud de costa de 580 km (Pla de ports de Catalunya, 2007). En la Figura 8 se puede observar el mapa geopolítico de Catalunya, en el cual se pueden apreciar tres de las cuatro provincias que conforman el litoral catalán. Dichas provincias son: Girona, Barcelona y Tarragona; que a su vez se dividen en 12 comarcas: l’Alt Empordà, el Baix Empordà, la Selva, el Maresme, el Barcelonès, el Baix Llobregat, el Garraf, el Baix Penedès, el Tarragonès, el Baix Camp, el Baix Ebre y el Montsià. Figura 8. Mapa geopolítico de Catalunya (CIIRC, 2008) APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 23 3.2.1. Geología y geomorfología Geología general En la actualidad la costa catalana puede dividirse en cuatro grandes áreas según las características de su parte continental (Pla de Ports de Catalunya, 2007):  Límite oriental de los Pirineos: constituido por materiales paleozoicos, metamórficos y graníticos, muy resistentes a la erosión. Destacan las unidades de la península de Cap de Creus y la costa desde Llançà a Banyuls de la Merenda.  Depresión de l’Empordà: constituida por materiales aluviales recientes, es una depresión que tiende a ser rellenada por los aportes del río Muga, Fluvià y Ter. Dichas aportaciones se convierten en los tramos de costa baja de tipo deltaico y la formación de marismas.  Sistema litoral catalán desde Buger hasta el Barcelonès, constituido por la cordillera Litoral, la depresión del Vallès – Penedès y la cordillera Prelitoral: constituido por roca granítica y metamórfica en las partes de la Costa Brava más meridional, por roca granítica en la zona del Maresme y del Barcelonès y calcaría en la zona del Garraf.  Estribaciones de la Cordillera Prelitoral, que incide a la altura del Cabo de Salou y continúa hasta su confluencia con el Sistema Ibérico. Está constituida por materiales de tipo calcáreos. Geomorfología Desde el punto de vista físico, el relieve catalán está formado por dos alineaciones montañosas paralelas: la cordillera Prelitoral y la cordillera Litoral, separadas entre sí por la depresión Prelitoral. Estas cordilleras se encuentran paralelas a la costa con una orientación NE-SW. El litoral es definido por el Instituto Geológico de España como la zona de interfase entre el mar y el continente. El litoral está divido en tres zonas: a) La zona supralitoral: situada por encima del límite superior del oleaje, adopta diferentes formas (dunas, acantilados, etc.). Esta zona se clasifica en costas abruptas, costas bajas y deltaicas. En la figura 9 se puede observar la distribución de este tipo de costas a lo largo del litoral catalán. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 24 Figura 9. Mapa de Catalunya con la distribución de los tipos de costas (CIIRC, 2008)  Las costas abruptas pueden ser de dos tipos: rocosas y escarpadas. Las costas rocosas se caracterizan por tener una menor pendiente y una altura menor de 20 metros respecto a las escarpadas (figura 10). Figura 10. Costa rocosa de Cap de Creus (Litral de Cataluña, 2001) Las costas escarpadas (altura superior a 20 m) se clasifican, en función de su altura, en costas de pequeños y grandes acantilados (figura 11). APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 25 Figura 11. Costa del Garraf (Litoral de Cataluña, 2011)  Las costas bajas se caracterizan por tener pendientes relativamente suaves sin grandes desniveles y sus playas se dividen en playas encajadas y abiertas. Las playas encajadas se encuentran al abrigo de los entrantes rocosos del litoral (figura 12), mientras que las playas abiertas son de gran longitud (grafica 13). Figura 12. Playa encajada de Tossa de Mar (CIIRC, 2008) APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 32 Amplitud de playa En la tabla 6 se pueden apreciar los datos estadísticos en torno a la amplitud de la playa de la provincia de Barcelona. Tabla 6. . Estadística básica sobre los tramos costeros de la provincia de Barcelona Como se puede apreciar no hay un patrón definido, sino que los valores fluctúan sobre el valor medio a lo largo de toda la costa. El sector con las playas más anchas son las pertenecientes al tramo 8, donde todas las playas tienen una amplitud media superior al valor medio de toda la provincia. A lo largo de la costa del Maresme la anchura de las playas son muy variables, destacan un patrón que se repite tramo a tramo, donde las playas al norte de cada tramo suelen ser más estrechas, mientras que las que están situadas al sur son más anchas. Este patrón simplemente refleja el efecto barrera de los diferentes puertos que hay a lo largo de la costa. Evolución de la línea de costa De acuerdo al estudio realizado por el CIIRC durante el perioo 1995-2004, califica a nivel general la costa de la provincia de Barcelona como una costa erosiva, donde el 74, 4% de las playas se encuentran en retroceso, con una tasa de erosión media de 2,5 m/a. Mientras que el 28,5% de las playas ha experimentado un avance, con una tasa media de 2,3 m/a. El comportamiento evolutivo medio de toda la costa está representado por una erosión media aproximada de 1 m/a (tabla 7). Las tasas de erosión más elevadas se encuentran en las playas situadas a lo largo de la costa del Maresma aguas abajo del puerto de Arenys hasta la ciudad de Barcelona. En este tramo las playas APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 33 que presentan las tasas de erosión más elevadas son generalmente las que se encuentran situadas a poniente de obstáculos que definen los límites de cada tramo (puertos deportivos), como resultado del efecto barrera que tienen el transporte longitudinal. Los tramos ubicados al sur del puerto de Barcelona son los que presentan las playas con las menores tasas erosivas. Tabla 7. Valores medios de las diferentes tasas evolutivas de cada uno de los tramos de la provincia de Barcelona durante el periodo 1995-2004. 3.4. TIPOLOGÍA GENERAL DE LAS OBRAS DE DEFENSA COSTERA Para el diseño de una obra de defensa costera debe destacarse el factor práctico conjugado con el aspecto estético, permitiendo así la integración de dicha obra con el medio natural donde se pretende construir. De igual manera se deben analizar detalladamente los efectos que este tipo de obras generan sobre el medio ambiente. Debe tenerse en cuenta a la hora de señalar objetivos generales que se persiguen con el diseño de estructuras de defensa para la estabilización de una playa lo siguiente (CERC, 1992):  La sola estabilización de una playa mediante estructuras de defensa no proporciona la arena suficiente para el mantenimiento de la anchura de la playa; simplemente redistribuyen y mantienen la arena existente no capturando más. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 34  Una playa y/o una duna regenerada es a menudo vulnerable en corto espacio de tiempo debido a la intensidad de los temporales. Las defensas costeras construidas en conjunción con la regeneración de una playa y/o duna puede aumentar a menudo la durabilidad de la playa. Si el ahorro que se produce por la disminución de pérdidas de arena, que deben reponerse realimentando cada cierto tiempo, es mayor que el coste de las estructuras su construcción podría estar plenamente justificada. A continuación se clasifican las diversas obras de defensa de costa: defensas duras y defensas blandas. Defensas duras Las obras de defensa duras llevan aparejadas una estructura resistente, su clasificación depende de las características de la obra que se tome para ordenarlo. La clasificación más corriente suele ser en función de la situación relativa que se encuentra de la línea de costa, pudiendo ser: defensas longitudinales, espigones o diques y diques exentos. En la Figura 16 se puede apreciar el mapa conceptual diseñado para sintetizar e interpretar de manera más clara las obras de defensa costera duras. Defensas longitudinales Este tipo de obras suelen construirse en la línea de costa o en la parte posterior de una playa, normalmente urbana o de urbanización. Suelen tener un doble objetivo, de resistencia al oleaje y como muro soporte de los terrenos situados en el trasdós. En ciertas ocasiones es un sustitutivo de urgencia a la pérdida de la defensa natural, playa, duna, etc. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 35 Figura 16. Mapa conceptual de las obras de defensa duras (Elaboración propia). APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 36 Estas obras no proporcionan protección a las áreas adyacentes ni a las playas situadas frente a ellas. Pueden modificar los procesos costeros tales como la tasa de transporte longitudinal o la distribución y tasa de transporte transversal frente a ellas. El objetivo principal de estas obras es proteger las propiedades ubicadas en su trasdós. Como se puede apreciar en la Figura 8, este tipo de obras se pueden clasificar en: muros, pantallas y revestimientos (CERC, 1995).  Muros: son estructuras robustas, estructuralmente pueden ser flexibles o rígidas. Y atendiendo a su forma en perfil pueden ser: verticales, en talud y con formas especiales (escalones, botaolas, etc.). Aunque existen muchas formas, las mencionadas son las más utilizadas (Figura 17). Figura 17. Tipos de muros de defensa (CERC, 1995)  Pantallas: son estructuras más ligeras clavadas o pilotadas que forman un tablestacado para la retención del material del trasdós. Las pantallas a su vez pueden clasificarse en: pantallas tablestacadas (o pilotadas y ancladas) y de gravedad (Figura 18). Las pantallas tablestacadas se anclan para soportar el empuje de las tierras del trasdós. En ambos casos se debe poner un pie de protección que evite socavamientos, pues estos tipos de estructuras favorecen las reflexiones del oleaje. Según CERC (1995) estas estructuras requieren cuando son elementos tablestacados, de una buena penetración y es adecuado su uso cuando son necesarias alturas importantes. Cuando se opta por pantallas de gravedad, estas requieren una buena cimentación unida a una penetración suficiente. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 37 Figura 18. Tipos de pantallas de defensa (CERC, 1995).  Revestimientos: son una capa protectora superficial que se asienta sobre un terreno original, dando a este una mayor capacidad de resistencia frente a la acción externa de los agentes climáticos. Suelen ir asentados sobre terrenos en talud, pudiendo tomar una gran variedad de formas. Pueden clasificarse en: rígidos, construidos generalmente por losa de hormigón; y flexibles construidos en escollera, bloques de hormigón, elementos modulares, asfaltos, etc. (Figura 19). Figura 19. Tipo de revestimientos de defensa de costas (autor, año) Diques y Espigones Son estructuras marítimas lineales, aproximadamente transversales a la línea de playa que se utilizan para frenar o retener parcial o totalmente el movimiento de arenas a lo largo de la costa. Los diques suelen entenderse como elementos más compactos y resistentes estructuralmente y los espigones como estructuras más ligeras. Los espigones se pueden construir aislados o dentro de un APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 38 sistema de espigones. Los espigones necesitan obligatoriamente de una alimentación de arena entre ellos y no se utilizan como elementos de captación de arena natural (CERC, 1992). Los espigones se suelen clasificar en talud y verticales.  Espigones en talud: pueden ser monocapa o multicapa. El monocapa está compuesto exclusivamente de un tipo y tamaño de material. Mientras que el multicapa es más complejo su diseño ya que el cálculo de cada una de sus capas se aborda se aborda como si fuera un dique independiente, generalmente se utilizan cuando se necesita una gran robustez (Figura 20ª).  Espigones verticales: suelen ser menos corrientes que en talud, pues pueden producirse reflexiones que favorecen la pérdida de arena. Su uso puede ser cuando no se necesitan grandes obras de defensa o existen dificultades para construir espigones en talud. Se distinguen dos tipos: aquellas que se aguantan por gravedad y los que se encuentran hincados en el suelo (Figura 20b). Figura 20. Tipo se secciones transversales de espigones (a. Espigones en talud; b. espigones verticales) (CERC, 1995). En la práctica los diques o espigones más usualmente empleados son aquellos construidos con escollera o bloques artificiales, con núcleo o sin él, con una sección en talud por ambos parámetros, teniendo cotas de coronación rebasables a cota fija y por su forma en planta suelen ser rectos, en L o en T. Son los más empleados debido a su simpleza estructural, su bojo coste, su difícil destrucción y fácil reparación de daños si los necesitase, especialmente en el morro de la obra que es la zona que está más expuesta a la acción directa del oleaje. a. b. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 39 Obras exentas Son estructuras marítimas lineales, aproximadamente paralelas a la playa y separadas de la línea de su línea de orilla a una distancia determinada. Su objetivo fundamental es crear una zona de remanso, disminuyendo la energía de oleaje en su trasdós, adicionalmente lo que se busca es aumentar la longevidad de una playa, proporcionando así una anchura suficiente de playa que sirva para generar una superficie de recreo y esparcimiento y a su vez permitir la protección de la tierra y bienestar de su trasdós. Los efectos adversos en la dinámica litoral se traducen en dos puntos: erosión a ambos lados del litoral influenciado por la obra exenta; y reducción de la tasa de transporte longitudinal. Los tipos de obras exentas se pueden clasificar en dos grupos:  Diques exentos: son diques que se encuentran mar adentro y se desarrollan paralelo o casi paralelo a la línea de costa y su cota de coronación puede fluctuar entre sobrepasar el nivel medio del mar, estar en el nivel medio o algo por debajo (figura 21). Figura 21. Dique exento (National Shoreline Erosion Control Development and Demonstration Program)  Diques arrecife o pies de playa: son obras que se encuentran mar adentro frente a la costa y se desarrollan, continua o discontinuamente, paralelos a ella con una cota de coronación muy baja respecto a la profundidad donde se sitúan (figura 22). APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 40 Figura 22. Dique arrecife.  Otro tipo de obras que también se pueden incluir dentro de este grupo son las islasplataforma, los conos de difracción y las barreras de algas artificiales. Dichas obras se puede decir que han caído en desuso. Obras de defensa blandas Dentro de las obras de defensa blandas suele ser englobarse la alimentación artificial, las defensas dunares y los trasvases de arena u otro material sedimentario. Alimentación artificial de playas Este tipo de actuación costera está entre las más empleadas para mejorar el aspecto costero, y consiste en el vertido de arena u otro tipo de material sedimentario en el litoral. Para que este proceso sea efectivo debe ir acompañado de una serie de estudios previos. El objetivo perseguido es buscar la rehabilitación de la playa o la creación de una nueva. Generalmente la alimentación artificial debe ir precedida y acompañada de una serie de obras de defensa de playa para poder cumplir el objetivo de rehabilitación o creación de una playa. (Figura 23). Los condicionamientos más importantes que tiene la alimentación artificial de playas se desprenden de las tres fases para la realización de la propia obra, que son: a. Zona de préstamo del material: Esta zona puede estar situada en tierra o en mar; para ambos casos deberá tenerse en cuenta: APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 41  El volumen en explotación del yacimiento de áreas, el volumen requerido para la alimentación y el volumen esperado para realimentaciones posteriores.  La granulometría de la arena y presencia de materiales finos, gruesos, orgánicos, etc.  Distancia del yacimiento de la zona a alimentar y profundidad marina del yacimiento.  Impacto ambiental de la explotación.  Afectación del dragado a la dinámica litoral de las zonas próximas. Cuando no existe yacimiento o arenal próximos naturales, puede plantearse el uso de arenas procedentes de machaqueo de rocas. Para ello debe hacerse adicionalmente un estudio previo de los costes ambientales y económicos de esta alternativa. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 48 Según la movilidad de sus componentes: se refiere normalmente a los sistemas extractores o de captación de arena, los cuales pueden ser:  Fijos: construidos y operados para una localización concreta.  Semi-móviles: cuando a la planta se le dota de una cierta movilidad.  Móviles: cuando el sistema opera con elasticidad en su localización. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 49 Figura 26. Mapa conceptual de transvase de arenas (Elaboración propia). APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 50 3.5. CONTENEDORES DE ARENA A BASE DE GEOTEXTILES PARA LA PROTECCIÓN DE COSTERA Ante el previsible aumento de tormentas asociadas al cambio climático y los efectos que provocaría el aumento del nivel del mar (inundaciones, erosión costera, etc.), se identificó la necesidad de diseñar nuevas estructuras para la protección costera, que adicionalmente fueran viables en cuanto al coste de construcción y que permitieran aplicarse para reforzar las estructuras existentes. En la búsqueda de soluciones a menor coste y que fueran tecnologías blandas, aparece el concepto de contenedores de arena a base de geotextiles (Geotextil Sand Containers, GSG) clasificado como “soft rock”, empleados como estructuras de defensa costera que fueron utilizados por primera vez en el año de 1950 cuando se construyó un dique en los Países Bajos (Pluimpot) utilizando bolsas de arena (Heerten, 1984; Koerner, 2000). Ese mismo año los alemanes realizaban pruebas en un dique construido con bolsas de arena en el mar del Norte. Inicialmente los geocontenedores fueron utilizados para obras de protección costera que fueran temporales debido a los inconvenientes que presentaron las primeras estructuras hechas para el largo plazo. Desde entonces se han estado desarrollando mejoras en los siguientes aspectos:  Mejorar la resistencia a largo plazo de los geotextiles (desarrollando aditivos y estabilizantes contra la radiación ultravioleta y revestimientos contra la abrasión).  Mejorar el tiempo de vida útil de los geotextiles.  Analizar los mecanismos de degradación que pueden afectar a las estructuras realizadas con geotextiles.  Identificar los problemas en cuanto a la estabilidad hidráulica que pueden presentar las obras con geotextiles frente a tormentas marinas. Adicionalmente se desarrollaron mejoras en cuanto al diseño de los contenedores de arena a base de geotextiles(GSCs) utilizados como “soft rock”, permitiendo utilizarlos como obras de defensa costeras construidas con periodos de vida útil más largos. Una de las aplicaciones en las que se han realizado estudios en los últimos años es en la técnica “geotextile wrap-around”. Dicha técnica puede aplicarse en la construcción de un revestimiento flexible con el fin de proteger el trasdós de la playa. La técnica consiste en envolver y encapsular la arena utilizando un tipo de geotextil como envoltorio, luego se coloca otro contenedor sobre este primero y así hasta alcanzar la altura del revestimiento diseñada. Entre las aplicaciones están los diques, revestimientos, espigones, arrecifes artificiales, rompeolas, refuerzos dunares, núcleos, etc. (Figura 27). APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 51 Figura 27. Aplicaciones de los geocontenedores en ingeniería de costas (Lawson, 2006). 3.5.1. Propiedades requeridas del geotextil Los geotextiles y las geomembranas, incluyendo sus productos relacionados, son conocidos como geosintéticos. Este tipo de material son especialmente fabricados para la aplicación de obras de ingeniería ambiental e ingeniería civil. Mientras que las geomembranas son impermeables al agua, por el contrario los geotextiles son permeables. La composición del geotextil es principalmente polipropileno (PP > 90%), seguido del poliéster (PET ≈ 5%) y el polietileno (≈ 2%). En función de los procesos de fabricación se distinguen principalmente 2 categorías: los no tejidos y los tejidos. Los geotextiles se clasifican en dos de acuerdo al método de fabricación:  Geotextiles tejidos: son aquellos formados por hilos entrecruzados en una una máquina de tejer. Pueden ser tejidos de calada o tricotados. Los tejidos de calada son los formados por hilos de urdimbre (sentido longitudinal) y de trama (sentido transversal). Su resistencia a la tracción es de tipo biaxial (en los dos sentidos de su fabricación) y puede ser muy elevada (según las características de los hilos empleados). Su estructura es plana. Los tricotados están fabricados con hilo entrecruzado en máquinas de tejido de punto. Su resistencia a la tracción puede ser multiaxial o biaxial según estén fabricados en máquinas tricotosas y circulares, o Ketten y Raschel. Su estructura es tridimensional. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 52  Geotextiles no tejidos están formados por fibras o filamentos superpuestos en forma laminar, consolidándose esta estructura por distintos sistemas según cuál sea el sistema empleado para unir los filamentos o fibras. Los Geotextiles no tejidos se clasifican a su vez en: geotextiles no tejidos ligados mecánicamente o agujados, geotextiles no tejidos ligados térmicamente o termosoldados y finalmente geotextiles no tejidos ligados químicamente o resinados. Tabla 8. Propiedades de los geotextiles no tejidos y tejidos (Lawson and Kemplin, 1995). Como se puede apreciar en la tabla 8, las geotextiles tejidos y no tejidos cada una tienen propiedades significativamente propias que pueden ser aplicadas para atender situaciones específicas. La menor fuerza de tracción de los geotextiles no-tejidos comparado con los tejidos, representa una desventaja, si el contenedor tiene que adaptarse a tensiones muy grandes durante la instalación con lo cual los errores deben evitarse al máximo en esta etapa. Generalmente esta fuerza de tracción es menor una vez se hayan instalado y estén en operación. La capacidad de elongación de los geotextiles no-tejidos presenta mayor flexibilidad referente a las deformaciones sin presentar posibles fallos, con lo cual compensa la desventaja descrita en torno a la fuerza de tracción. Esta propiedad es muy importante cuando el contenedor requiere adecuar su forma durante la instalación y la puesta en servicio, generando mayor adaptabilidad frente al desarrollo de una posible erosión. La experiencia en proyectos realizados demuestra que las dimensiones finales de los contenedores de arena donde se utilizaron geotextiles no tejidos son comparables con las que se aplicaron geotextiles tejidos (Heerten, 1984). En cuanto a la permeabilidad hidráulica, es muy importante cuando se encuentran sujetos al régimen de mareas. El agua debe drenar del contenedor lo suficientemente rápido como para evitar un exceso de presión acumulada y asegurar de esta manera la estabilidad integral del contenedor. Por lo tanto APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 53 se requiere que el geotextil tenga una permeabilidad mucho mayor que el relleno. Alternativamente, los geotextiles pueden ser seleccionados bajo los criterios que normalmente se utilizan para un filtro. Los geotextiles no-tejidos tienen mayor permeabilidad y mayor capacidad para retener finos si se compara con los tejidos, pero debe aclararse que la permeabilidad está en función del grosor del geotextil utilizado y por tanto depende de la compresibilidad bajo tensiones normales. La resistencia a la abrasión es muy importante en la zona de la playa donde hay presencia de arenas gruesas, fragmentos de conchas, restos de coral, etc. En esta zona el geotextil no-tejido debe tener el mayor espesor de la estructura y ser más resistente. La resistencia a la perforación es importante ante situaciones de vandalismo, presencia de hielo, presencias de madera o caídas de rocas durante la construcción. El ángulo de fricción entre las bolsas de arena debe ser mayor con el fin de mejorar la estabilidad hidráulica contra las olas y la acción de las corrientes. Los geotextiles no-tejidos proporcionan mayor fricción. La resistencia a la radiación ultravioleta (UV) ha sido uno de los temas que más ha ocasionado críticas a los geotextiles debido a la forma como afectan la vida útil de ellos. Las resinas, fibras e hilos usados en la fabricación de los geotextiles tejidos y no-tejidos, necesitan estabilizantes especiales con el fin de evitar el deterioro y garantizar su estabilidad por más de 50 años. En general al aumentar el grosor de las fibras, hilo y el peso del geotextil se aumenta la resistencia a la radiación UV (Heerten, 1984). Con diseños apropiados e instalando correctamente los geotextiles (tejidos y no-tejidos) aplicados en obras de ingeniería de costas, se ha demostrado que pueden ser obras que pueden ser duraderas (Heerten, 1984). A pesar de los avances significativos en torno al uso de estabilizadores UV, el recubrimiento de los contenedores que se encuentran expuestos continúa siendo la mejor alternativa de protección. Adicionalmente el recubrimiento garantiza mayor protección ante situaciones de vandalismo, presencia de madera, presencia de hielo, etc. 3.5.2. Vida útil A pesar de que hace más de 50 años que se aplican los geocontenedores, para la ingeniería de costas sigue siendo un tipo de obra reciente. Por tanto, su degradación y rendimiento a largo plazo todavía no está definido. Las obras rígidas se diseñan para que tengan una vida útil que esté entre los 20 y 100 años. Los geotextiles modernos están diseñados para resistir la radiación UV, los ataques químicos y biológicos, la abrasión y las cargas hidráulicas. Generalmente se diseñan para una vida útil APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 54 comprendida entre los 20 y los 25 años sin contar con los daños que pueden ser ocasionados por vandalismo. 3.5.3. Aplicaciones de los contenedores a base de arena (GSCs) en la protección costera Las aplicaciones de geotextiles en ingeniería de costas se han realizado tanto en obras permanentes como temporales. Las aplicaciones normalmente son conocidas con los nombres de geotubos, geocontenedores y geobolsas (Tabla 9). Tabla 9. Tipos de estructuras aplicadas en la protección de costas utilizando geotextiles (Recio & Oumeraci, 2009) Su versatilidad permite la aplicación en diferentes tipos de estructuras, inclusive los refuerzos dunares, diques, terraplenes, diques exentos, diques arrecife, espigones, etc. Defensa longitudinal: revestimientos, muros y reforzamiento dunar La mayoría de las aplicaciones de geotextiles en ingeniería de costas pertenecen a este tipo de protección costera, es decir, el sistema de contención se construye directamente a lo largo de la costa para evitar la erosión y estabilizar el sistema playa-duna durante las tormentas (Fig. 28). Por esta razón, se han aplicado diferentes tipos de contención, a menudo como línea de defensa en combinación con alimentación artificial de playa. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 55 Figura 28. Muro hecho a partir de GSCs (vista en planta y perfil) (Oumeraci, 2002). La estabilidad de este tipo de barreras escalonadas fue probada con éxito en el canal de oleaje de Hannover. En 1990 dicha barrera fue sometida a olas del orden de los 2,5 m y hasta de 5m, resistiendo la severidad de esta tormenta. El único inconveniente que se presentó fue la remoción de la arena que lo cubría, por ello lleva el nombre de chaleco de protección y así mismo se demuestra la importancia del recubrimiento. La aplicación de geotextiles como mecanismo de protección para la línea de costa representa ventajas importantes frente a las barreras duras, pero así mismo presenta desventajas. La desventaja más significativa está relacionada con el recubrimiento de arena que este tipo de obras llevan, ya que después de una tormenta o marejada deben ser reconstruidas o rehabilitadas parcial o totalmente puesto que de manera natural no es posible. Diques y espigones Los GSCs incluidos los geotubos, suelen ser usados como espigones sumergidos y superficiales. Generalmente los contenedores están expuestos directamente al impacto del oleaje, la abrasión y la radiación UV. Por lo tanto el geotextil debe ser debidamente tratado con estabilizantes para protegerlo contra la radiación UV; en su interior debe llevar una capa de refuerzo y en la exterior debe llevar un geocompuesto que le permita resistir la abrasión, hacerlo más robusto y más duradero. En ocasiones los geotextiles se utilizan de un color [tostado: que color??] que permite integrarse de manera natural con el entorno de la playa (McClarty, Cross, Gilbert & James, 2006). De manera exitosa también se han utilizado geotextiles no-tejidos con alta resistencia a la radiación UV y que su composición se ha desarrollado a través de un proceso de fabricación denominado: “nonwoven needle-punched geotextiles”, utilizando fibras de poliéster de alta resistencia en todas las costuras con un mínimo del 80% en la base (Restall, Jackson,Heerten y Hornsey, 2004). APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 56 3.5.4. Aplicaciones de geotextiles como obras de defensa costera La utilización de envoltorios con geosintéticos, los cuales son llenados con material solido, ha sido de gran importancia en el desarrollo de proyectos hidráulicos y costeros, considerados como la aplicación de una filosofía blanda. Claramente se ha demostrado que la utilización de los geotextiles puede ser vista como un elemento importante en la aplicación costera. Los envoltorios con geotextiles son denominados como ya se había dicho anteriormente, como “soft rock structures”, debido a que son una solución blanda que se adapta con facilidad frente a los diferentes ciclos hidrodinámicos del mar. De acuerdo a la revisión bibliografía, a continuación se describen algunas de las aplicaciones de envoltorios con geosintéticos utilizados en diferentes lugares del mundo, que han presentado resultados exitosos, no solamente por la función que desarrolla la obra de defensa costera, sino también el ahorro que representa su construcción si se contrasta con las obras tradicionales. Costa Dorada, Australia La Costa Dorada pertenece al estado de Queensland (Australia), está a 100 km de Brisbane y 850 km al norte de Sídney. Sus playas presentan una alta dinámica costera, las cuales son expuestas a fuertes oleajes a lo largo de sus 52 km de costa, con lo cual experimenta una tasa neta de transporte de sedimentos de 500,000 m3 por año y regularmente experimenta episodios erosivos a causa de las tormentas que allí se generan (Turner et al, 2000). Las playas de la Costa Dorada son uno de los bienes naturales más preciados de la zona y de suprema importancia para el turismo y la recreación. Durante los años 60 esta playa presentó importantes problemas de erosión que afectaron fuertemente al turismo y por ello se le entrogo el manejo y control al organismo llamado: “The Gold Coast City Council (GCCC) para su gestión. La Costa Dorada es regularmente afectada por ciclones que generan alturas de olas hasta de 12 m (H max.) y tormentas muy fuertes que al corto plazo generan erosión en sus playas. El frente de costa está protegido por escollera y detrás un sistema dunar, que no garantizan resistir las tormentas. En el año de 1997 el GCCC inició un plan de mantenimiento y mejora de las playas naturales de Surfers Paradise con el fin de aumentar su amplitud (ICM, 1997). A largo plazo se propuso una soluciones sostenibles consistente en la alimentación artificial de las playas con un volumen total 1.1 millones de m3, cuyo suministro se haría de manera anualizada con de 80.000 m3 por año. Adicionalmente se acompañaría con la construcción de un dique sumergido tipo arrecife artificial APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 57 en Narrowneck, diseñado como punto de control de la costa dentro del sistema de arena sin perturbar el balance de sedimentos (Jackson et al, 1997). El dique arrecife sería construido utilizando geotextiles (soft rock) aplicando una obra de defensa blanda en lugar de utilizar los diseños tradicionales como roca, acero, etc. convirtiéndose a nivel mundial como futuros pioneros en este tipo de actuaciones costeras. Esta solución de protección costera fue decisiva por los siguientes beneficios que aportaría:  Capacidad de adaptabilidad  El coste de construcción representa un 50% menos respecto a una obra dura.  Se reduce el riesgo de accidentes a los surfistas.  Evita el transporte de materiales por carreteras.  No afecta a los usuarios de la playa  Fácil de remover si se requiere. Los surfistas fueron los más interesados en la aplicación de una obra blanda como mecanismo de protección costera ya que así se podía ofrecería más seguridad a los aficionados y profesionales de a este deporte. Con lo cual se promovería competiciones internacionales que generarían beneficios del orden de los 2.2 millones de dólares australianos a esta comunidad. El dique arrecife se diseñó con cerca de 300 m de geotextil no-tejido (nonwoven needle-punched geotextile), se depositaron cerca de 80.000 m3 de arena, el área se ajusta de 600 m x 350m, el perfil de la sección transversal oscilará entre 1 m y 10 m bajo el nivel del mar en una distancia de 150 m de la línea de costa. La forma consta de dos lados con forma de V donde la parte norte es más larga que la del sur (figura 29). Figura 29. Diseño del dique arrecife en Narrowneck Reef (Saathoff, 2007) APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 64  Compartimentación de un tramo litoral con difícil acceso entre ellos.  Alteración lateral o frontal del campo de visión marino.  Aridez  Suciedad de los laterales de las celdas que forman la obra.  Aumento de zonas de difícil limpieza o auto-limpieza con acumulación de basuras.  Disminución de las corrientes marinas que facilitan la limpieza de las aguas, dando lugar a aguas de menor calidad y polucionadas. Alimentación artificial La alimentación artificial con arena de un tramo determinado de costa suele suponer la aproximación mayor de una obra a la propia naturaleza costera, lo cual indica que el impacto estético ambiental suele ser mínimo pudiéndose resumir en:  El cambio de la tonalidad de las arenas respecto al material primitivo  Alteración de la textura y granulometría de la arena, pudiendo generar comodidad o incomodidad de los visitantes al transitar o sentarse sobre ella  Modificación de la pendiente de la playa, que puede ser incómodo tanto en la playa seca como húmeda.  Aumento de la turbidez del agua que puede ser percibida como de mala calidad. 3.6.4. Uso litoral El último impacto ambiental a tener en cuenta es el relacionado con el uso que la franja litoral se le vaya a dar o a la actividad que sobre ella se pretenda desarrollar. Obras longitudinales Las obras longitudinales en general, tienen el objetivo de defensa de bienes existentes en la trasplaya por lo que puede proporcionar beneficios de uso en la franja litoral terrestre, si bien el efecto de barrera que estos suponen suele conllevar la imposibilidad de uso de la franja litoral más próxima al mar, pudiendo utilizarse como paseo. Diques y espigones Los diques y espigones suelen tener como objetivo la creación de una playa a su resguardo, lo que facilita su uso de zona de esparcimiento, no entrando en los efectos secundarios que pudieran aparecer en playas de su misma unidad fisiográfica. Cuando los espigones inician en la playa seca, limitan la continuidad de ésta, reduciendo ciertas actividades como paseos, deportes náuticos, etc. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 65 Alimentación artificial La alimentación artificial de tanto en cuando reproduce una playa natural, no parece que tenga problemas de uso relacionado intrínsecamente con ella, pudiendo afectar el tamaño del grano para la comodidad de los visitantes, deportistas, etc. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 66 4. MATERIALES Y MÉTODOS La metodología empleada para desarrollar este trabajo final de máster fue la siguiente: 4.1. RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN En vista de que se realiza un trabajo de final de carrera bibliográfico se hizo una programación para revisar los temas propios al desarrollo de esta propuesta. En la tabla 11 se puede observar el cronograma realizado. Tabla 11. Cronograma de recopilación de información para el desarrollo del trabajo final de máster. JUNIO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 SI NO Revisión bibliográfica en dinámica litoral Revisión bibliográfica sobre la costa catalana Revisión bibliográfica sobre obras rígidas Revisión bibliográfica sobre obras blandas Revisión bibliográfica sobre Geotextiles Solicitud de información U.S. Army Corps of Engineers (USA) Solicitud información University of Coimbra Solicitud de información Leichtweiß-Institut (Alemania) Consulta sobre técnica Geotextile Wrap-arond Revetment (GWR) a Recio Molina Cotizaciones de costes de geosintéticos HUESKER Cotizaciones de costes de geosintéticos abianchini Cotizaciones a otros proveedores de geotextiles MES ACTIVIDAD RESPONDIÓ FEBRERO MARZO ABRIL MAYO fecha de respuesta fecha solicitud No responde Para iniciar la realización de esta propuesta, lo primero que se hizo fue un índice para definir los temas sobre los cuales era necesario enfatizar. Como se puede ver la tabal 11 a medida que se iba avanzando en los temas puntuales, se solicitaba información a universidades y entidades que habían realizado aportes importantes en torno al tema de estudio de los geotextiles y sus aplicaciones. En este cuadro se han relacionado las entidades que compartieron información de sus investigaciones en torno al tema de los geocontenedores. Se consultaron más proveedores a parte de Huesker y Abianchini que no respondieron a la solicitud donde se hacia un requerimiento de precios de geosintético para estimar un presupuesto de la ejecución de la obra blanda. Hubo empresas que respondió a las solicitudes pero nunca dieron información sobre los costes del geosintético solicitado. Con lo cual se consultó la página del Instituto de Tecnología de Construcción de APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 67 Cataluña (ITeC), para estimar un valor por metro cuadro de geotextil y así poder realizar un presupuesto aproximado. Una vez revisada la bibliografía sobre la dinámica sedimentaria en Cataluña se pudieron identificar las zonas más afectadas por erosión costera y se consideraron como alternativas las playas de Malgrad de Mar y el Prat de Llobregat. Finalmente se seleccionó la playa del Prat por encontrarse ubicada dentro del delta del Llobregat y junto a zonas protegidas de interés Europeo ya que el tipo de actuación costera que se propone en este trabajo final de máster se integra al paisaje y a la vez protege el trasdós de la playa. Se realizaron dos visitas a la playa del Prat donde se pudo identificar su estado actual, donde se apreciaba que las rocas de menor tamaño se habían desplazado y la escollera se encontraba descubierta en vísperas del verano. Se podía observar la ausencia de visitantes en este tramo por el riesgo que implica la escollera a la vista y la forma cómo afecta la armonía del paisaje natural en el que se encuentra. En el anexo 1 se puede consultar en el reporte fotográfico. Una vez revisada la documentación bibliográfica sobre obras blandas se determinó que la aplicación que se consideraba más recomendable para la playa del Prat era la aplicación de la técnica de Geotextile Wrap-around Revetmen (GWR), que consiste en hacer contenedores de arena utilizando un geotextil. En esta aplicación de defensa costera se seleccionó un geocompuesto como envoltorio por las características que presenta, puesto que es más resistente a la tracción y presenta mayor permeabilidad respecto a los geotextiles convencionales (tejidos y no tejidos). Se propone hacer tres envoltorios que se colocarán uno sobre otro hasta alcanzar la altura de diseño que fue de 2 metros. También se propone realizar la actuación costera con los GWR en todo el tramo que la playa del Prat que presenta mayor erosión costera, con lo cual se considera una longitud de 500 m a partir del canal de la aviación. Después de definida la técnica GWR para la aplicación se realizaron los cálculos de diseño que se recomiendan en la bibliografía obtenida. Finalmente se realizó el presupuesto para estimar un valor aproximado del coste de la construcción de este tipo de revestimiento costero. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 68 5. RESULTADOS 5.1. PROPUESTA DEL PROYECTO 5.1.1. Análisis del proyecto Como ya se ha mencionado antes, la playa del Prat se encuentra ubicada en un espacio protegido de interés natural, por ello este trabajo final de máster busca dar a conocer la aplicación de obras blandas, concretamente con geotextiles para reducir la erosión costera utilizando actuaciones costeras que sean amigables con el medio ambiente. 5.1.2. Descripción de la propuesta El tramo donde se propone realizar la actuación es de 500 metros de longitud paralelo a la línea de costa, que como ya se ha mencionado antes presenta un grado de erosión progresiva de acuerdo a los estudios realizados por el CIIRC (2008) y el ayuntamiento del Prat (2009) Por lo anterior, en esta tesina se propone realizar una obra de defensa longitudinal blanda, en concreto un revestimiento basado en la aplicación de la técnica denominada: “Geotextile Wrap Around Revetment (GWR)” (Revestimiento utilizando envoltorios con geotextiles), que utiliza geotextiles como material de contención de arena. La técnica GWR consiste en la utilización de un geosintético para reforzar la pendiente de la playa; el material utilizado (árido procedente de actividades extractivas o de la propia playa) es envuelto y encapsulado utilizando un geotextil con el fin de crear un revestimiento flexible. La técnica de construcción consiste en colocar en el lugar de la actuación costera, una primera capa del geosintético y cubrirla con arena completamente, luego los extremos del geosintético próximos al agua son doblados hacia tierra adentro cubriendo el relleno. Para hacer la segunda capa se coloca el geosintético encima del envoltorio obtenido hasta formar un nuevo envoltorio y así sucesivamente hasta llegar a la altura de diseño del revestimiento. Una vez terminado, el revestimiento es cubierto con arena para dar una apariencia natural a la actuación (Recio Molina & Yasuhara, 2005). En la figura 31 se puede apreciar un esquema de esta técnica. Figura 31. Revestimiento flexible (Saathoff y Zitscher, 2001) APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 69 5.1.3. Dimensiones del GWR Para determinar las principales dimensiones del revestimiento flexible se han utilizado las ecuaciones semiempíricas desarrolladas por Schreck Reis, Antunes do Carmo, and Freitas en el año 2008 en la actuación costera realizada en la costa de Leirosa (Portugal). Estas ecuaciones fueron obtenidas a partir de los resultados de estudios realizados en el Centro de Investigaciones de Costas en Alemania. Uno de los inconvenientes que presentan este tipo de proyectos y el diseño de las obras marítimas en general, es que las ecuaciones utilizadas contienen parámetros empíricos (Recio Molina & Yasuhara, 2005). Por este motivo, se ha decidido emplear como referentes las ecuaciones aplicadas en la costa de Leirosa, donde ya se ejecutó una actuación con la técnica GWR. En la tabla 12 se encuentran los datos requeridos para realizar los cálculos determinar las dimensiones de la obra de protección costera. Los datos fueron obtenidos del CIIRC (2008). Tabla 12. Datos para calcular las dimensiones del revestimiento costero (Elaboración propia) Playa del Prat de Llobregat Hs (m) 1,6 Tp (s) 11 ρsc (kg/m3) 2086 ρw (kg/m3) 1026 ρs (kg/m3) 2650 n 0,6 angulo 26,56 Rf (m) 1,3 A continuación, se presentan las ecuaciones empleadas para obtener en primer lugar los parámetros necesarios para obtener después las dimensiones de nuestra actuación. a. Base (lf): Lf 3 m b. Cálculo de la densidad del contenedor (ρsc) ρsc= 2086 (kg/m3) APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 70 c. Francobordo de la estructura (Rf) Rf= 1,3 m donde Hs = Altura de ola significante (m) Tp = Periodo pico. = Densidad del contenedor de arena = Densidad del agua = Densidad de la arena n= Porosidad α= Pendiente de la estructura a construir Rf= Francobordo de la estructura 5.1.4. Resultados Los resultados obtenidos a partir de las ecuaciones anteriores están recogidos en la tabla 13. Tabla 13. Resultados obtenidos para dimensionar la actuación costera blanda (Elaboración propia) Parámetros de la estructura Base (lf) 3 m Altura 2 m Ancho (cada contenedor) 5m Francobordo (Rf) 1,3 m En la tabla 13 se observa que el francobordo es de 1.3 m pero se considera que una altura de 2 metros garantizaría el objetivo de esta obra costera, puesto que adicionalmente puede producirse socavación en el pie del revestimiento, con lo cual se define como una medida preventiva, aprovechando que el tipo de construcción y material que se propone en esta tesina puede adaptarse frente a estas posibles situaciones. En esta tesina se propone utilizar un geocompuesto como envoltorio ya que es un tipo de geotextil que ha sido mejorado significativamente en cuanto a su capacidad de resistencia, durabilidad y sobretodo la resistencia a las perforaciones. En países como Australia ha dado muy buenos resultados ante situaciones de nevadas, presencia de escarcha y hielo. (Saathoff, Oumeraci & Restall, 2007). En la figura 32 se puede apreciar una fotografía de la sección transversal de un geocompuesto. Adicionalmente, en las pruebas de resistencia realizadas al geocompuesto aplicando la técnica de “wrap-around revetmen”, en el Laboratorio de Ingeniería Hidráulica de la Universidad de Ibaraki (Japón), se comprobó que la estructura donde se utilizó el geocompuesto, sufrió menos APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 71 deformaciones que el geotextil no tejido, esto se debe a su mayor permeabilidad y mayor resistencia a la tracción. En este mismo estudio se demostró que la deformación de la estructura influye directamente sobre la estabilidad de la misma (Recio Molina & Yasuhara, 2005). Figura 32. Fotografía de la sección de un geocompuesto (Heerten, Jackson, Restall & Saathoff, 2000) En la tabla 14 se pueden apreciar algunas de las características a tener en cuenta respecto a los geotextiles no tejidos y a los geocompuestos. Tabla 14. Características significativas de los geotextiles no tejidos y de los geocompuestos (Recio & Yasuhara, 2005)) Material Tamaño promedio de apertura O50,d Resistencia a la tracción (5% tensión) T5 (kN/m) Resistencia a la tracción (ruptura) Tf (kN/m) Conductividad hidráulica (m/s) K Fricción (⁰) (geosintéticos/arena) Cohesión (kPa⁰) (geosintéticos /arena) Geotextil no tejido 0,5 4 28 (44% tensión) 0,21 31,49 5,49 Geocompuesto 4 44 49 (9% tensión) 0,46 34,08 9,41 Geosynthetics International, 2005 En la figura 33 se puede apreciar la propuesta de la forma como se haría en terreno la actuación costera a partir de la utilización de geotextiles. 5.1.5. Construcción de los contenedores Se propone hacer 3 contenedores aplicando la técnica “wrap around”. La altura del revestimiento flexible propuesta es de 2 m, la base es de 3 m y el ancho de 5m (paralelo a la línea de costa). El ancho se ha determinado de 5 m debido a que los rollos de geocompuestos son comercializados de 5 m de ancho por 100 m de largo (Huesker, 2012). El revestimiento flexible tendría una longitud de 500 m paralela a la línea de costa, actuando sobre el área que presenta mayor regresión (figura 34) En la construcción de los contenedores es necesario unir el geosintético debido a la forma como lo comercializan, por tramos de 5 m. El solapamiento se haría en un metro de longitud para garantizar la resistencia de la obra costera y se coserían con hilos que sean compatibles con el geocompuesto para garantizar su durabilidad, y resistir los temporales que puedan influir en la deformación del revestimiento flexible (figura 33). APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 72 Figura 33. Operación de solapamiento de geotextiles (Do Carmo, Schreck & Freitas, 2010) Una vez tendida la primera capa de geocompuesto debidamente unida y ancladas, se procede a llenar con arena el primer contenedor, luego sobre éste, se armara el segundo contenEdor y así sucesivamente hasta completar los 3 contenedores y obtener la altura diseñada. Entre los contenedores, se propone reforzar las capas entre sí cosiéndolas en la parte frontal más cercana a la orilla. Está demostrado que las costuras entre las capas de la estructura mejora la estabilidad, la auto-reparación y la adaptabilidad si se llegase a presentar socavación en el pie de la estructura (Recio Molina & Yasuhara, 2005). 5.2. CARACTERIZACIÓN DE LA ZONA DE ACTUACIÓN Y SU ENTORNO 5.2.1. Marco geográfico La playa donde se propone realizar la actuación costera utilizando obras blandas, propiamente la aplicación de la técnica: “wrap around revetment” conun geocompuesto se encuentra ubicada en la provincia de Barcelona, municipio del Prat de Llobregat. La ubicación de la actuación costera sería a partir del Canal de la Aviación, 500 metros hacia el sur paralelo a la orilla de costa (figura 34). APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 73 Figura 34. Zona donde se propone hacer la actuación costera con geosintéticos 5.2.2. DIAGNOSTICO DE LA SITUACIÓN ACTUAL DE LA PLAYA El sentido del transporte de sedimentos que afecta la zona entre Blanes y el delta del Llobregat presenta una dirección dominante de noroeste hacia suroeste. El volumen aproximado de transporte está entre los 80.000 y 180.000 metros cúbicos año (Plan de Puertos de Cataluña, 20072015). En la figura 35 se resalta en un recuadro el delta del Llobregat donde se puede apreciar lo descrito anteriormente ya que es el lugar donde se propone realizar la actuación costera blanda, con el fin de reducir la regresión de ese tramo de playa. La playa del Prat de Llobregat ha venido sufriendo un importante proceso de regresión desde antes de la ampliación del Puerto de Barcelona a causa de la disminución de aportación de sedimento por parte del río Llobregat y por encontrarse a la sombra del dique del Puerto de Barcelona que había inicialmente ya que obstaculizaba el transporte longitudinal de sedimentos. Con lo cual la dinámica litoral de áridos ha sido suministrada por el sedimento de la propia playa trayendo como consecuencia la erosión costera (Vallejo, 1999). Playa del Prat de Llobregat 500 m APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 80 Figura 39. Desplazamiento de la línea de costa desde el año 1960 hasta el 2004 (CIIRC, 2009) Hidrodinámica El clima de oleaje de la playa del Prat de Llobregat presenta las siguientes características resumidas en la tabla 17. Tabla 17. Aspecto hidrodinámicos de la playa del Prat de Llobregat (CIIRC, 2008) HIDRODINÁMICA Clima de oleaje cuadrante IV (Llobregat Hs medio (m) 0,74 Tp medio (s) 6 Dirección frecuente 202⁰ SSW 18,7% Dire. Flujo ener. Res 245⁰ Hs con TR 10 años (m) 4,69 Hs con TR 100 años (m) 5,9 Nivel del mar rango (m) 0,44 nivel con TR 10 años (m) 0,54 nivel con TR 100 años (m) 0,75 Remunta del oleaje medio 0,6 Ru con TR 10 anos (m) 1,6 Ru con TR 100 anos (m) 1,9 La altura de ola significante (Hs) que representa la media aritmética del tercio de olas más altas del conjunto registradas es de 0.74 m. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 81 El periodo pico (Tp) que está asociado al de mayor contenido energético es de 6 segundos. En un periodo de 10 años se puede presentar una Hs de 4.69m (TR) entre dos temporales; y como suceso extremo en 100 años puede ocurrir entre dos temporales un Hs de 5.90 m. (TR). 5.2.4. Aspectos ambientales En la tabla 18 se puede apreciar los aspectos medioambientales que figuran en el Delta del Llobregat, donde se resalta el tipo de entorno, los diferentes regímenes de protección, la catalogación de zonas húmedas entre otros aspectos. Tabla 18. Aspectos ambientales del Delta del Llobregat (CIIRC, 2009) ASPECTOS AMBIENTALES Tipo de entorno semiurbano Régimen de protección Xarxa Natura (sep. 2006) ES0000146 (Delta del Llobregat)- terrestre PEIN: DLL (Delta del Llobregat) Espacios naturales de protección especial: Reserva natural parcial de la Remolar-Filipinas Reserva natural parcial de la Ricarda-Ca l'Arana Zona periférica de protección de la reserva natural de la Ricarda Ca l'Arana Posidonia No Zonas húmedas catalogadas Delta del Llobregat-Ca l'Arana Delta del Llobregat-Estany de la Ricarda Delta del Llobregat-El Remolar-Filipines-Pas Vasques Delta del Llobregat del GolfMaresmes de Can Camins Basses del Golf-Maresmes de Can Camins Zonas incluidas en el PDUSC UND CPEIN Dunas Si Colectores pluviales Si APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 82 Las actuaciones de cualquier tipo que se hagan en esta zona repercuten en la visión ambiental, obligando a considerar los efectos de cada obra inmersa en este entorno. Por ello este trabajo final de máster plantea una obra blanda de protección costera, utilizando geotextiles del color de la arena del entorno para que se integre en el paisaje. Adicionalmente, una vez realizada la actuación costera, ésta iría cubierta con arena. Partiendo de la bibliografía revisada y de la caracterización ambiental de la playa del Prat de Llobregat, se hace hincapié en la necesidad de incorporar una actuación costera blanda como se propone en esta tesina por las siguientes razones que deben valorarse:  El entorno donde se ubica la playa del Prat crea la necesidad de que las actuaciones de cualquier índole que se quieran implantar, deben integrarse en el paisaje para mantener la armonía y conservar el medio natural.  Se debe crear un paradigma en el cual las soluciones costeras sean planteadas desde diferentes puntos de vista, no simplemente recurriendo a la disciplina de la ingeniería clásica, sino que también se evalúen alternativas que económica y ambientalmente sean viables.  En el manejo integrado de costas, optar por soluciones blandas representa alta adaptabilidad frente a las necesidades presentes y futuras en cuanto al ancho de playa, aprovechamiento del uso (turismo) y el cambio climático que conlleva el aumento del nivel del mar y el incremento de los temporales (Orviki, 2003). Las obras de protección costera tradicionales donde se usa especialmente hormigón, acero (obras rígidas) producen efectos adversos tales como la erosión (reflexión), pérdida de playa y degradación del paisaje natural (Grzegorz, 2004).  A diferencia de las obras duras, las actuaciones costeras blandas llevan consigo un mecanismo para minimizar los efectos secundarios desfavorables tales como la erosión, la licuefacción del suelo, la pérdida de playa que se deriva primordialmente de la reflexión del oleaje asociada a una estructura sólida. Figuras de protección red natura 2000 La playa del Prat de Llobregat se ubica en la zona deltaica del río Llobregat, que es el segundo en extensión después del delta del Ebro, que aún conserva la zona de humedales más importante de Cataluña, considerado como una zona de protección a nivel Europeo. Este espacio protegido cuenta con una gran diversidad de especies, adicionalmente es un importante refugio de aves durante la migración y como lugar para invernar. Esta zona está protegida por la Comunidad Europea como ZEPA (Zona de Especial Protección para las Aves), por la legislación catalana APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 83 como Reserves Naturals Parcials y espacios incluidos en el PEIN (Plan de Espacios de Interés Natural). El entorno de la playa del Prat presente diferentes ambientes en los que se destacan los siguientes: a. La desembocadura del río Llobregat. b. Lagunas: la Magarola, la Ricarda, Ca l’Arana, la Pineda de Camins. c. Pinares naturales sobre dunas Son unos espacios muy importantes para la fauna, debido a que en ella se encuentran aproximadamente 360 especies de aves, de las cuales se destacan las acuáticas debido a que el delta se encuentra en medio de su ruta migratoria de Europa hacia África; aproximadamente 29 especies de mamíferos; 13 especies de reptiles; 4 especies de anfibios; 17 especies de peces. En su vegetación se encuentran más de 700 plantas vasculares más de 200 clases de hongos, entre otras especies (Espacio Natural del Delta del Llobregat). Una de las principales razones por la que se ha seleccionado la playa del Prat de Llobregat para aplicar una obra de defensa costera blanda (wrap around technique) es que a parte de que se encuentra en erosión, se ubica en el delta del Llobregat que es un espacio rico en biodiversidad y presenta zonas y especies protegidas donde las actuaciones que se realicen en su entorno deben ser lo más amigables e integradoras con el medio ambiente. En la figura 40 se pueden ver las zonas incluidas en la Red Natura 2000, como espacios protegidos en el delta del Llobregat que se encuentra más próxima a la playa donde se propone hacer la actuación costera. En la foto 41 se puede apreciar la laguna la Ricarda que se encuentra dentro del espacio protegido. Figura 40. Mapa de espacios protegidos en Cataluña (Natura 2000) APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 84 Figura 41. Laguna la Ricarda ubicada en el espacio protegido (Flickr,2008) 5.2.5. Análisis de impactos ambientales potenciales en el medio ambiente La identificación de los posibles impactos sobre el medio ambiente se realizará a partir de los principales aspectos del medio que pueden verse afectados. Efectos en la calidad físico-química del agua Durante la etapa de construcción se puede presentar aumento en la turbidez del agua debido al movimiento de arena que se realizan muy cerca de la orilla. La presencia de maquinaria y equipos que utilizan combustibles fósiles para su funcionamiento pueden presentar inesperadamente derrames de aceite o gasoil sobre el área de construcción, con lo cual podrían afectar las características químicas del agua. Efectos sobre las especies marinas y terrestres El movimiento de arena podrá generar lluvias de finos que podrá afectar la respiración de las comunidades bentónicas. Al aumentar la turbidez y efectuarse la disminución de la penetración de luz posiblemente cause limitaciones en la distribución de las especies fotófilas. Las plantas que se encuentran ubicadas de manera más próxima al lugar de la obra, se cubrirán parcialmente con finos. Estabilidad del litoral APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 85 Una vez construido el revestimiento flexible su interferencia en el transporte longitudinal es moderada. En cuanto al transporte transversal, a diferencia de las obras rígidas, la obra de defensa costera basada en el “wrap around tecnique” Efectos sobre la atmosfera - Emisiones de CO2 debido a la movilización de vehículos transportadores de arena desde la fuente hasta el lugar de la obra. - Ruido producido por el funcionamiento de la maquinaria requerida para el funcionamiento. - Resuspensión de material particulado en la atmosfera producido por la circulación de vehículos. Efectos a la RED NATURA 2000 La actuación costera propuesta se encuentra muy próxima al espacio protegido de la Red Natura 2000 con lo cual la principal afectación que generaría sobre las plantas y las aves sería producto del ruido y las vibraciones generados por la maquinaria utilizada en el proceso constructivo. De igual manera se afectarían las plantas que se encuentran más próximas ya que el viento podría desplazar lluvias de sedimentos finos y cubrirlas parcialmente. La actuación costera se encuentra muy próxima a la ZEPA, con lo cual se producirán molestias a las aves de esta zona, pero solo será durante el tiempo que dure la obra. Efectos sobre el uso de la playa. Esta parte de la playa estará ocupada por todos los equipos de construcción y materiales necesarios para la ejecución de la actuación costera, por tanto no podrá ser utilizada por los visitantes. 5.2.6. MEDIDAS CORRECTORAS Atmosfera Encaminado a garantizar los valores límites de protección acústica se llevarán a cabo las siguientes medidas:  Utilización de maquinaría de obra homologada según R.D. 212/2002 de 22 de febrero, por el que se regulan las emisiones sonoras en el entorno debidas a determinadas máquinas de uso al aire libre.  Realización de las inspecciones técnicas y las operaciones de mantenimiento necesarias para que dicha maquinaría.  Utilización de silenciadores en maquinaria que genere mayor ruido. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 86 En cuanto a la prevención de emisiones de material particulado producto del movimiento de tierras y circulación de maquinaria se llevaran a cabo las siguientes medidas:  Se llevaran a cabo riegos para atenuar esta problemática y especialmente durante las temporadas más secas.  Vigilar que los vehículos transportadores de arena mantengan cubiertas con lona el depósito durante el desplazamiento.  La maquinaria utilizada en la obra debe contar con las certificaciones obligatorias por el estado, donde se especifique el cumplimiento de los criterios de emisiones de gases establecidos en la normativa de contaminación atmosférica. Usos del suelo  Se definirán áreas concretas para el acopio de arena, se marcarán caminos de obra, zona de trabajo, parque de maquinaria, espacio para oficina, baños, vestuarios y si resulta necesario crear otro espacio igualmente será delimitado con el fin de definir claramente los espacios y así evitar cualquier ocupación innecesaria.  Todas las áreas definidas estarán debidamente señalizadas para facilitar su identificación.  En el caso de que ocurriera un vertido de algún tipo de sustancia contaminante de alguno de las maquinas o equipo utilizados en la obra, se procederá a recoger dicho vertido junto con la parte afectada del suelo y se realizará su disposición final utilizando el contenedor específico y posteriormente será llevado al vertedero autorizado.  Se determinarán rutas específicas para el tránsito de maquinaria pesada, debidamente señalizada para evitar la compactación de los suelos. Calidad del agua  Se ubicará el parque de maquinaria y equipos de mantenimiento en una zona distante de la orilla. Dicho espacio será debidamente impermeabilizado en el caso de que se determinara la necesidad de operaciones de mantenimiento dentro del área de trabajo, ya que lo ideal sería que este procedimiento se realizara fuera de la obra.  La gestión de residuos tales como aceites, combustibles, etc. serán gestionados como residuos peligros y en ningún caso se verterán en la playa.  Los depósitos de arena se ubicarán en superficies donde no puedan ser arrastrados por la escorrentía del terreno.  Se realizará la caracterización físico-química del sedimento utilizado para cubrir el revestimiento costero. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 87 Vegetación  El área requerida para el desarrollo de la obra será estrictamente delimitada, utilizando el espacio de la playa.  Una vez concluida la obra se realizarán las tareas de restauración de las superficies afectadas, especialmente el entorno de la playa. Fauna  La ejecución de la obra se llevará a cabo en un periodo en la cual no coincida con la época de nidificación (marzo - julio) de las aves acuáticas de la zona protegida, especialmente se deberá prestar atención a la especie protegida del Chorlitejo patinegro (figura42) .  Durante todo el año las obras se ejecutarán en horario diurno. Figura 42. Foto del Chorlitejo patinegro (Natura 2000) Visitantes Se utilizarán carteles que permitan informar a los usuarios de la playa de la ejecución de la obra costera, resaltando que es una actuación encaminada a la protección de la playa en la cual se está utilizando técnicas amigables e integradoras con el medio ambiente. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 88 6. CONCLUSIONES Una vez revisada la documentación sobre las obras de defensa costera, la dinámica litoral de Cataluña y sobre la aplicación de geosintéticos como obras de defensa costera se puede concluir lo siguiente: 1. El litoral de la provincia de Barcelona ha sido clasificado en tres grupos utilizando como referencia el tamaño del sedimento ya que está muy bien definido. Se ha determinado la zona norte que es donde se encuentra el sedimento más grueso (Tordera hasta el port d’ Arenys); la zona central que se caracteriza por presentar un tamaña de sedimento intermedio (port d’ Arenys hasta Barcelona) y la zona sur caracterizada por presentar el sedimento más fino (playas del Llobregat hasta el Garraf). 2. La clasificación realizada de acuerdo al tamaño del grano también ha permitido establecer una relación entre el tamaño del sedimento y el perfil de playa, ya que cuando más grande es el grano, mayor es la pendiente y la berma; con lo cual las playas ubicadas en el tramo norte son más reflectantes. 3. En cuanto a la amplitud de las playas de la provincia de Barcelona no se cuenta con un patrón definido, es muy heterogéneo 4. El nivel de erosión que afecta las playas de la provincia de Barcelona, de acuerdo al estudio realizado por el CIIRC en el año 1998 mostró que el 74.4% de las playas se encuentran en retroceso con una tasa de erosión media de 2.5 metros por año. 5. Las playas que presentan mayor afectación por erosión costera son las ubicadas a lo largo de la costa del Maresme, aguas abajo del puerto de Arenys hasta la ciudad de Barcelona. La principal afectación por regresión costera la presentan los tramos de las playas ubicados a poniente de los puertos que interfieren el transporte de sedimentos longitudinal. 6. La playa seleccionada para la propuesta de este trabajo de máster, se encuentra ubicada en el delta del Llobregat que es una zona que se caracteriza por presentar las playas más amplias del litoral de la provincia de Barcelona. Paradójicamente la playa seleccionada fue la del Prat de Llobregat la cual presenta una erosión media de 2.2 metros por año. La razón principal de seleccionarla esta playa a parte de su nivel de erosión, fue su ubicación, ya que está próxima a las zonas protegidas por la Red Natura 2000. Por ello se propuso una actuación costera blanda que se integre al entorno, proteja el trasdós de la playa y sea más amigable con el medio ambiente. 7. Las obras de defensa dura, de acuerdo a la bibliografía revisada se clasifican en tres grupos que son: las longitudinales, espigones y diques y obras exentas.  Las obras longitudinales suelen construirse en la parte posterior de la playa y normalmente en zonas urbanizadas. Se utilizan como muros de soporte para proteger el APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 89 trasdós. Este tipo de defesa costera se divide en tres tipos de obras: pantallas, muros y revestimientos.  Los diques y espigones se ubican aproximadamente de manera transversal a la línea de costa y se diseñan con el fin de retener parcial o totalmente el movimiento de sedimentos a lo largo de la costa. Los diques se clasifican en diques en talud y verticales.  Las obras exentas son estructuras conteras que se construyen aproximadamente paralelas a la línea de costa. El objetivo es disminuir la energía del oleaje el su trasdós y amentar la longevidad de la playa. Este tipo de obra se clasifica en dos: en diques exentos y diques arrecife. 8. Las obras de defensa blanda se engloban en la alimentación artificial, las defensas dunares y los trasvases de sedimentos.  Alimentación artificial de las más utilizadas para mejorar el paisaje costero. Lo que se busca con este tipo de actuaciones blandas es rehabilitar la playa o crear una nueva.  Las defensas dunares son formadas por efecto del viento que hace que se formen unas reservas de arena de tipo longitudinal en la playa seca. Dentro de la dinámica litoral desempeñan la función de defender la trasplaya.  El trasvase de arena consiste en salvar un obstáculo que interrumpe en transporte natural de sedimentos a lo largo de la costa. 9. Los geocontenedores de arena que utilizan como envoltorio geotextiles han sido utilizados tanto en obras permanentes como en obras temporales para atender problemas costeros. Entre los tipos de obras blandas con geotextiles los más utilizados son: los geotubos, los geocontenedores y las bolsas de arena. Este tipo de obras blandas denominadas como: “soft rock”, en los últimos años se ha incrementado su aplicación en actuaciones costeras debido a su fácil construcción, su construcción es más económica respeto a las obras rígidas y más integradoras y amigables con el entorno natural. 10. Las actuaciones costeras en general, producen impactos sobre el medio natural. En este trabajo final de máster se ha utilizado el análisis planteado por Enríquez y Berenguer que agrupa las actuaciones costeras en tres grupos: en obras longitudinales, diques y espigones y alimentación artificial. Finalmente se consideraron cuatro grupos de impactos y se identifican los efectos que causan sobre el entorno. Los principales impactos son:  Estabilidad litoral: las obras longitudinales interfieren moderadamente en el transporte longitudinal, pero interrumpen transversalmente el ciclo del perfil de bonanza y temporal. Los diques y espigones hacen de barrera impidiendo el transporte solido litoral. Los diques exentos hacen que prácticamente el transporte longitudinal sea nulo ya que actúan como sumideros de materiales. En la APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 96 Foto 7. Foto 8. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 97 Foto 9. Foto 10. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 98 Foto 11. Foto 12. APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 99 Foto 13. Panorámica de la playa Foto 14. Área protegida APLICACIÓN DE OBRAS DE DEFENSA BLANDAS PARA LA PROTECCIÓN DE LA COSTA CATALANA 100 ANEXO 2. Presupuesto aproximado de la construcción del revestimiento flexible, en la playa del Prat de Llobregat (GWR) (Elaboración propia). Código Detalle Cantidad Precio Importe G2224421 Excavación en terreno blanco (m3) 750 5,25 3.937,50 € R001 Levantamiento topografico zona de atuación 2900 1.800,00 € ROO2 Cartel de anuncio de las obras 1 1700 1.700,00 € ARO1 Geocompuesto (rollo) 7 2625 18.375,00 € HBC12300 Cono de plástico reflector 12 10,22 122,64 € HBC19081 Cinta de balizamiento, con un soporte cada 5 m y con el desmontaje incluido 1500 m 1,32€/m 1.980,00 € HBBA1511 Placa de señalización de seguridad laboral 3 21,23 63,69 € H1411115 Casco de seguridad para uso normal 6 11,77 70,62 € H1421110 Gafas de seguridad antiimpactos estándar 6 5,99 35,94 € H1433115 Protector auditivo 6 15,1 90,60 € H144U003 Mascarilla de protección respiratoria 6 13,1 78,60 € H145U001 Par de guantes lonacuero 6 2,5 15,00 € H146U110 Par de botas de seguridad 6 20,5 123,00 € RU02 Control ambiental realizado po un licenciado en ciencias ambientales 18000 8.000,00 € HQUA1100 Botiquín de armario 1 116,95 116,95 € HQUAM000 Reconocimiento médico 6 35,55 213,3 HQU1521A Alquiler de módulo prefabricado de sanitario 1 126,9 125,90 HQU25701 Banco de madera 5 personas 2 21,92 43,84 HQU22301 Armario metálico individual 6 57,64 345,84 IQU15221 Alquiler de módulo prefabricadao para equipamento de oficina 1 160,66 160,66 HM31161J Extintot de polvo seco 2 42,35 84,70 HBBAU001 Cartel indicativo de riesgo 2 12,49 24,98 H1482111 Camisa de trabajo 6 8,58 51,48 H1481131 Mono de trabajo 6 9,53 57,18 B0314400 Arena €/t 14 185,88 2.602,32 313330 Retroexcavadora €/h 1440 50 72.000,00 Total estimado 112.219,74 €